problemy • nowoŹci • informacje

problemy • nowoÊci • informacje
Uszkodzenia ∏o˝ysk i ich przyczyny
Cz´Êç II
W zwiàzku ze wzrostem zainteresowania sposobami zapobiegania powtarzajàcym si´ uszkodzeniom ∏o˝ysk, Mi´dzynarodowa Organizacja Normalizacyjna (ISO) stworzy∏a metodologi´ klasyfikowania
uszkodzeƒ ∏o˝ysk (ISO 15243:2004).
Ta norma okreÊla szeÊç g∏ównych
grup rodzajów uszkodzeƒ i szesnaÊcie podgrup. Wszystkie odnoszà si´
do uszkodzeƒ, do których dosz∏o
podczas u˝ytkowania, czyli od momentu opuszczenia fabryki. Klasyfikacja opiera si´ g∏ównie na
charakterystycznych cechach, które
sà widoczne na elementach tocznych, bie˝niach i innych funkcjonalnych powierzchniach ∏o˝yska.
Norma identyfikuje tak˝e mechanizmy zwiàzane z powstaniem
ka˝dego typu uszkodzenia.
Wi´kszoÊç uszkodzeƒ ∏o˝ysk
mo˝e zostaç powiàzana zarówno
z jednà z szeÊciu g∏ównych grup
uszkodzeƒ, jak i jednà z podgrup
przedstawionych w tab. I. Definicje
rodzajów uszkodzeƒ sà przedstawione w tab. II.
Wi´kszoÊç uszkodzeƒ
b´dàcych
skutkiem dzia∏ania
przedstawionych
mechanizmów
mo˝e zostaç ∏atwo
wykryta i zdiagnozowana, je˝eli kontrola stanu maszyn
jest cz´Êcià kompleksowego programu utrzymania
ruchu. Przy u˝yciu
analizy
drganiowej mo˝na wykryç
pierwsze
oznaki
uszkodzenia ∏o˝yska, co pozwala personelowi
dzia∏u
utrzymania ruchu
na podj´cie dzia∏aƒ
naprawczych we
w∏aÊciwym czasie.
Dzi´ki temu mo˝na
znacznie
ograniczyç
kosztowne,
niespodziewane
przestoje i uniknàç
katastrofalnych
awarii, które powodujà uszkodzenia
sàsiadujàcych z ∏o˝yskiem elementów. Istnieje tak˝e mo˝liwoÊç
zbadania uszkodzenia ∏o˝yska na
wczesnym etapie, aby okreÊliç
przyczyn´ pierwotnà uszkodzenia
i podjàç odpowiednie kroki zapobiegajàce ponownemu wystàpieniu problemu.
Znaczna cz´Êç uszkodzeƒ ∏o˝ysk
mo˝e zostaç zaklasyfikowana do
dwóch kategorii: uszkodzenia przedeksploatacyjne i eksploatacyjne. Do
uszkodzeƒ przedeksploatacyjnych
dochodzi przed lub w czasie monta˝u ∏o˝yska, podczas gdy uszkodzenia eksploatacyjne pojawiajà si´
w czasie pracy ∏o˝yska.
Przyczyny uszkodzeƒ przedeksploatacyjnych:
쐌 nieprawid∏owe pasowanie na
wale i w oprawie,
쐌 uszkodzone gniazdo ∏o˝yska na
wale i w oprawie,
쐌 niewspó∏osiowoÊç statyczna,
쐌 nieprawid∏owe sposoby monta˝u,
쐌 przep∏yw pràdu elektrycznego
przez ∏o˝ysko (nadmierne napi´cie),
쐌 transport, obs∏uga i przechowywanie.
Przyczyny uszkodzeƒ eksploatacyjnych:
쐌 zm´czenie materia∏u,
쐌 nieodpowiednie smarowanie,
쐌 nieskuteczne uszczelnienia,
쐌 drgania (fa∏szywe odciski
Brinella),
쐌 niewspó∏osiowoÊç
podczas
pracy,
쐌 przep∏yw pràdu elektrycznego
przez ∏o˝ysko.
Przedeksploatacyjne przyczyny uszkodzeƒ
Nieprawid∏owe pasowania na
wale i w oprawie
Efektem nieprawid∏owego pasowania na wale lub w oprawie mo˝e
byç albo nadmierny luz albo zbyt
du˝e napi´cie wst´pne ∏o˝yska,
ROK WYD. LXX 앫 ZESZYT 11/2011
które mogà doprowadziç do wystàpienia jednej z nast´pujàcych
sytuacji:
쐌 pe∏zanie pierÊcienia (pierÊcieƒ
obraca si´ w miejscu osadzenia),
쐌 korozja cierna,
쐌 p´kni´cie pierÊcieni,
쐌 zmniejszenie noÊnoÊci,
쐌 wywo∏anie obcià˝eƒ wewn´trznych,
쐌 nadmierne temperatury pracy.
Dlatego prawid∏owe pasowanie
jest najwa˝niejszym czynnikiem
wp∏ywajàcym na trwa∏oÊç eksploatacyjnà ∏o˝yska i prac´ ca∏ego
urzàdzenia.
Je˝eli pierÊcieƒ ∏o˝yska wiruje,
a obcià˝enie jest sta∏e i dzia∏a
w jednym kierunku, wymagane
jest pasowanie ciasne pierÊcienia.
Stopieƒ wcisku jest uzale˝niony od
wielkoÊci obcià˝enia oraz rodzaju
i rozmiaru ∏o˝yska. Zazwyczaj im
wi´ksze obcià˝enie dzia∏a na ∏o˝ysko, tym wymagane jest ciaÊniejsze pasowanie.
Je˝eli pierÊcieƒ ∏o˝yska jest
nieruchomy, a obcià˝enie jest sta∏e
i dzia∏a w jednym kierunku, pierÊcieƒ jest zwykle osadzany z pasowaniem luênym.
Wyst´powanie obcià˝eƒ udarowych lub ciàg∏ych drgaƒ wymaga
zastosowania ciaÊniejszego pasowania pierÊcienia, który wiruje
wzgl´dem obcià˝enia.
3
problemy • nowoÊci • informacje
gdy razem z wa∏em przesuwa si´
luêno pasowany w swoim gnieêdzie
pierÊcieƒ ∏o˝yska. Ciasne pasowanie obu pierÊcieni ∏o˝yska mo˝e
tak˝e wyst´powaç w aplikacjach,
w których wyst´pujà wysokie obcià˝enia udarowe.
Nieprawid∏owe pasowania na
wale lub w oprawie, lub pasowania, które sà niepotrzebnie luêne,
mogà spowodowaç, ˝e pierÊcieƒ
wewn´trzny lub zewn´trzny zacznie
si´ obracaç w miejscu osadzenia.
Ten wzgl´dny ruch nazywany jest
pe∏zaniem pierÊcienia. Przemieszczenia wzgl´dne wywo∏ujà tarcie
i mogà spowodowaç zu˝ycie lub
zatarcia. Uszkodzenie nie zawsze
jest ograniczone do powierzchni
gniazda ∏o˝yska, ale mo˝e mieç
wp∏yw na powierzchnie czo∏owe
pierÊcienia (pierÊcieni). Na rys. 1
przedstawiono zu˝ycie Êcierne, natomiast na rys. 2 jest pokazane zu˝ycie przez polerowanie.
Rys. 1. Zu˝ycie Êcierne spowodowane
pe∏zaniem pierÊcienia zewn´trznego;
klasyfikacja ISO: zu˝ycie Êcierne
W przypadku pierÊcienia ∏o˝yska
z wirujàcà strefà obcià˝enia, ∏o˝ysk
lekko obcià˝onych lub ∏o˝ysk pracujàcych z bardzo ma∏ymi pr´dkoÊciami, mo˝na zastosowaç mniej
ciasne pasowanie lub w niektórych
przypadkach pasowanie luêne.
Rozwa˝my dwa przyk∏ady: W kole
przednim samochodu kierunek
obcià˝enia jest sta∏y, tj. powierzchnia drogi zawsze wywiera si∏´ skierowanà ku górze na ko∏o. Tak wi´c
wirujàcy pierÊcieƒ zewn´trzny ma
pasowanie ciasne w piaÊcie ko∏a,
natomiast nieruchomy pierÊcieƒ
wewn´trzny ma pasowanie luêne
na osi.
4
¸o˝yska w konwencjonalnym
silniku elektrycznym majà pierÊcienie zewn´trzne nieruchome wzgl´dem obcià˝enia i sà pasowane luêno w oprawie, ale pierÊcienie wewn´trzne wirujà wzgl´dem obcià˝enia i sà montowane z pasowaniem
ciasnym.
W niektórych przypadkach, zarówno pierÊcieƒ wewn´trzny, jak
i zewn´trzny ∏o˝yska nale˝y zamontowaç z pasowaniem ciasnym. Dotyczy to na przyk∏ad ∏o˝ysk walcowych i ∏o˝ysk toroidalnych CARB,
które mogà kompensowaç wyd∏u˝enie osiowe wa∏u wewnàtrz ∏o˝yska, w odró˝nieniu od sytuacji,
Rys. 2. Zu˝ycie przez polerowanie powierzchni spowodowane pe∏zaniem
pierÊcienia zewn´trznego; klasyfikacja
ISO: zu˝ycie Êcierne
W przypadku zbyt luênych pasowaƒ mo˝e wystàpiç ró˝nica
pr´dkoÊci mi´dzy stykajàcymi si´
powierzchniami. Czasami luênego
pasowania nie da si´ uniknàç, na
przyk∏ad w przypadku ∏o˝ysk sto˝kowych czterorz´dowych osadzanych na czopach walców w walcarkach. Zazwyczaj pierÊcieƒ wewn´trzny ma pasowanie luêne z po-
ROK WYD. LXX 앫 ZESZYT 11/2011
problemy • nowoÊci • informacje
wodu monta˝u/demonta˝u. Z powodu pasowania luênego wyst´puje
ró˝nica pr´dkoÊci mi´dzy pierÊcieniem wewn´trznym i gniazdem
na wale (pe∏zanie) oraz mi´dzy
powierzchnià czo∏owà pierÊcienia
wewn´trznego i jego oparciem. Te
ró˝nice pr´dkoÊci w strefie styku
powodujà
wydzielanie
ciep∏a.
W niektórych przypadkach miejscowe nagrzewanie mo˝e byç tak
intensywne, ˝e dojdzie do przeniesienia materia∏u z pierÊcienia
∏o˝yska na powierzchni´, wzgl´dem
której wyst´puje poÊlizg lub na
odwrót (zacieranie) – rys. 3. Ciep∏o
mo˝e tak˝e wywo∏aç p´kni´cia
termiczne w materiale, które ostatecznie spowodujà p´kni´cie pierÊcienia (p´kni´cie termiczne).
Pasowanie ciasne mi´dzy pierÊcieniem wewn´trznym a wa∏em
wywo∏a napr´˝enia obwodowe
(rozciàgajàce) w pierÊcieniu. Je˝eli
wcisk jest zbyt du˝y, wynikowe
napr´˝enia obwodowe mogà przekroczyç wytrzyma∏oÊç pierÊcienia
i spowodowaç jego prze∏amanie
(rys. 4).
¸o˝yskowania zazwyczaj sk∏adajà si´ z ∏o˝yska ustalajàcego i ∏o˝yska swobodnego. ¸o˝ysko swobodne ma za zadanie kompensowaç
wyd∏u˝enie termiczne wa∏u, w obr´bie ∏o˝yska, albo przez przesuwa-
nie si´ razem z wa∏em w swoim
gnieêdzie w oprawie. Aby pierÊcieƒ
zewn´trzny móg∏ si´ przesuwaç
w oprawie, musi on byç osadzony
z pasowaniem luênym. JeÊli pasowanie jest zbyt ciasne lub gdy
pierÊcieƒ zostanie zakleszczony
w oprawie, pierÊcieƒ nie b´dzie si´
móg∏ poruszyç. To wywo∏a wysokie
obcià˝enia osiowe w systemie
∏o˝yskowym. Te si∏y osiowe mogà
doprowadziç do wystàpienia jednej z nast´pujàcych sytuacji: przedwczesne zm´czenie materia∏u,
nadmierne grzanie, niewystarczajàce smarowanie, nadmierne zu˝ycie lub ∏uszczenie zapoczàtkowane na powierzchni – rys. 5.
W rezultacie drastycznie spada
trwa∏oÊç eksploatacyjna ∏o˝yska.
Uszkodzenia spowodowane wadliwym gniazdem
na wale lub w oprawie
Rys. 3. Ró˝nice pr´dkoÊci w miejscu
styku mi´dzy ∏o˝yskiem a pierÊcieniem
dystansowym spowodowa∏y zatarcia
(Êlady obwodowe), powstajàce ciep∏o
wywo∏a∏o p´kni´cia termiczne w pierÊcieniu ∏o˝yska (prostopad∏e do Êladów
zatarç); klasyfikacja ISO: zu˝ycie przylgowe i p´kni´cie termiczne
Rys. 4. P´kni´cie pierÊcienia spowodowane nadmiernym wciskiem; klasyfikacja ISO: p´kni´cie wymuszone
Rys. 5. Pasowanie w oprawie, które jest
zbyt ciasne dla ∏o˝yska swobodnego
wywo∏a wysokie obcià˝enia osiowe,
drastycznie zmniejszajàce trwa∏oÊç eksploatacyjnà ∏o˝yska; klasyfikacja ISO:
zm´czenie materia∏u zapoczàtkowane
pod powierzchnià (z powodu zbyt du˝ych obcià˝eƒ) lub zm´czenie materia∏u
zapoczàtkowane na powierzchni (wynikajàce z problemów ze smarowaniem)
Wzory stosowane do obliczenia
trwa∏oÊci ∏o˝yska oparte sà na
pewnych podstawowych za∏o˝eniach. Jednym z tych za∏o˝eƒ jest
spe∏nianie przez gniazdo na wale
i w oprawie wymagaƒ dotyczàcych geometrii. Niestety, istniejà
czynniki, które mogà negatywnie
wp∏ynàç na elementy wykonane
zgodnie z najbardziej wymagajàcymi specyfikacjami. Na przyk∏ad,
gniazda na wale i w oprawie mogà
byç zdeformowane, tj. sto˝kowe,
nieokràg∏e (owalne), nieprostopad∏e
lub odkszta∏cone na ramie maszyny
lub na powierzchni osadczej.
Korozja cierna wyst´puje, gdy
pasowanie jest zbyt luêne i dochodzi do wzgl´dnego ruchu mi´dzy
pierÊcieniem ∏o˝yska a wa∏em lub
oprawà. Ten ruch wzgl´dny, który
jest zazwyczaj spowodowany przez
niedok∏adnoÊci kszta∏tu lub ugi´cie
wa∏u, powoduje odrywanie ma∏ych
czàstek materia∏u od powierzchni
Rys. 6. „Silna” korozja cierna wyst´puje
cz´sto w mocno obcià˝onych aplikacjach
– korozja cierna jest w strefie obcià˝enia gniazda pierÊcienia zewn´trznego;
klasyfikacja ISO: korozja cierna
ROK WYD. LXX 앫 ZESZYT 11/2011
gniazda na wale lub w oprawie.
Te czàstki ulegajà szybkiemu utlenieniu, gdy sà wystawione na
dzia∏anie powietrza. W efekcie korozji ciernej pierÊcienie ∏o˝yska
mogà nie byç równomiernie podparte, co b´dzie mia∏o szkodliwy
wp∏yw na rozk∏ad obcià˝enia w ∏o˝ysku. Korozja cierna pojawia si´
jako rdza na powierzchni zewn´trznej pierÊcienia zewn´trznego
(rys. 6) lub na powierzchni otworu
pierÊcienia wewn´trznego (rys. 7
i 8). Tlenek ˝elaza ma wi´kszà
Rys. 7. Korozja cierna jako efekt nieprawid∏owego pasowania na wale; klasyfikacja ISO: korozja cierna
Rys. 8. Korozja cierna wynikajàca albo
z niedoskona∏ego gniazda na wale (b∏´dna obróbka), albo z ugi´cia wa∏u; klasyfikacja ISO: korozja cierna
5
problemy • nowoÊci • informacje
obj´toÊç ni˝ czyste ˝elazo. Dlatego
geometria ∏o˝yska mo˝e ulec zmianie; Êlady wspó∏pracy na bie˝ni
mogà zostaç wyraênie zaznaczone
w odpowiadajàcych im miejscach.
Korozja cierna jest powszechnie
spotykana w zastosowaniach, gdzie
wyst´pujà warunki pracy powodujàce odkszta∏canie gniazd ∏o˝yskowych pod obcià˝eniem. Taka sytuacja cz´sto wyst´puje w silnie
obcià˝onych aplikacjach.
Korozja cierna Fe3O4, zwana tak˝e
magnetytem (rys. 6), mo˝e byç czarna, a Fe2O3, zwana tak˝e hematy-
tem, czerwona lub czerwonawobràzowa (rys. 7 i 8).
Z up∏ywem czasu, na skutek
nieprawid∏owego styku pojawi si´
zaawansowana korozja cierna.
Skorodowane obszary dzia∏ajà tak˝e jak karby powodujàce p´kanie
(rys. 9 i 10).
Gniazda ∏o˝yskowe, które sà
wkl´s∏e, wypuk∏e lub sto˝kowe
powodujà, ˝e pierÊcieƒ ∏o˝yskowy
ma niewystarczajàcy styk z powierzchnià osadzenia wzd∏u˝ swojej szerokoÊci. Z tego powodu pierÊcieƒ ugina si´ pod obcià˝eniem
i cz´sto dochodzi do p´kni´ç zm´czeniowych na obwodzie bie˝ni.
Na rys. 11 przedstawiono pierÊcieƒ zewn´trzny ∏o˝yska kulkowego wahliwego, który by∏ zamontowany w nieokràg∏ym (owalnym)
otworze oprawy oraz jego odbicie
w lustrze. Nieruchomy pierÊcieƒ
zewn´trzny by∏ zaciÊni´ty w dwóch
miejscach – oddalonych o 180°
– przez co w tych dwóch obszarach
dosz∏o do napi´cia wst´pnego ∏o˝yska. To obcià˝enie wst´pne wywo∏a∏o nadmierne si∏y, których
skutkiem by∏o przedwczesne zm´czenie materia∏u i ∏uszczenie zapoczàtkowane pod powierzchnià.
SKF Polska – sierpieƒ 2011
Satelline EASy – cyfrowy radiomodem
Rys. 9. Korozja cierna mo˝e doprowadziç
do p´kni´cia pierÊcienia, pierÊcieƒ p´ka
w swoim najs∏abszym punkcie – rowku
smarownym; klasyfikacja ISO: korozja
cierna i p´kni´cie wymuszone
Rys. 10. PierÊcieƒ zewn´trzny tego ∏o˝yska nie by∏ prawid∏owo podparty w
gnieêdzie oprawy, korozja cierna doprowadzi∏a do wysokich napr´˝eƒ w pierÊcieniu zewn´trznym i ostatecznie jej
rezultatem by∏o p´kni´cie wymuszone
pierÊcienia; klasyfikacja ISO: korozja
cierna i p´kni´cie wymuszone
Rys. 11. PierÊcieƒ zewn´trzny tego ∏o˝yska kulkowego wahliwego jest umieszczony naprzeciwko lustra, mo˝na zauwa˝yç dwie strefy obcià˝enia i ∏uszczenie oddalone o 180°, uszkodzenie by∏o
skutkiem nieokràg∏ego gniazda oprawy;
klasyfikacja ISO: zm´czenie materia∏u
zapoczàtkowane pod powierzchnià
6
ASTOR oferuje w pe∏ni cyfrowy
radiomodem firmy SATEL, który
pozwala na programowà zmian´
parametrów ustawianych dotychczas fabrycznie przez producenta.
U˝ytkownik mo˝e teraz sam zdefiniowaç m.in. takie parametry, jak:
cz´stotliwoÊç pracy (od 403 do
473 MHz), szerokoÊç kana∏u (12,5 lub
25 kHz), moc nadajnika (od 100 mW
do 1 W) oraz czu∏oÊç (do -115 dBm).
Satelline EASy sk∏ada si´ z modemu, nadajnika oraz odbiornika
radiowego, umieszczonych w aluminiowej obudowie. Wyposa˝ony
jest w gniazdo portu szeregowego
(RS232, RS422/485) oraz z∏àcze
antenowe typu TNC. Na obudowie
umieszczony jest zestaw diod, informujàcych o stanie linii sygna∏owych
portu szeregowego. Urzàdzenie jest
w pe∏ni kompatybilne z radiomodemami Satelline 3AS(d), Satelline
3AS(d) Epic oraz z rozwiàzaniami
firmy PacificCrest (TrimTalk, Trimble)
stosowanymi w uk∏adach GPS (systemy geodezyjne, budownictwo
drogowe, górnictwo, lotnictwo).
Radiomodem pracuje w paÊmie
licencjonowanym 400 – 470 MHz,
co pozwala na u˝ycie niezale˝nej,
„w∏asnej” cz´stotliwoÊci. Zasi´g komunikacji urzàdzeƒ mo˝e dochodziç
do kilkunastu kilometrów (przy zastosowaniu retransmiterów sygna∏u
mo˝e byç dowolnie zwi´kszany).
Radiomodemy umo˝liwiajà ciàg∏à
transmisj´ danych on-line, a ponadto sieç radiowa jest w∏asnoÊcià
danego przedsi´biorstwa.
Satelline EASy dost´pny jest tak˝e
w wersji rozbudowanej z wyÊwietlaczem ciek∏okrystalicznym oraz
czteroprzyciskowà miniklawiaturà,
umo˝liwiajàcà zmian´ wszystkich
ustawieƒ urzàdzenia, bez koniecznoÊci pod∏àczania komputera i wykorzystywania programu terminalowego. Dodatkowo, na ekranie wyÊwietlana jest aktualna wartoÊç poziomu sygna∏u odbieranego (RSSI),
informujàca o jakoÊci po∏àczenia
radiomodemowego. Jest to szczególnie przydatne podczas testów
komunikacji,
przeprowadzanych
w celu optymalnego doboru anten,
miejsca monta˝u stacji, wysokoÊci
masztu i innych.
Zmiana konfiguracji urzàdzenia
mo˝e odbywaç si´ z poziomu dowolnego programu terminalowego. Zalecanym Êrodowiskiem jest
udost´pniane bezp∏atnie oprogramowanie SaTerm.
ROK WYD. LXX 앫 ZESZYT 11/2011